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Volksbassverstärker der Theoriefred

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Kpt.Maritim:
Hallo

ich werde jetzt mal ein komplettes Rechenbeispiel für einen kompletten Volksbassamp durchegehen, so wie mir es vernünftig schein und jeden Schritt  begründen. Dazu zitiere ich erst einmal aus anderen Freds:

Wir müssen immer von der Endstufe zur Vorstufe planenn nicht umgekehrt. Also zuerst an die Endröhren!


--- Zitat ---Wie viel Steuerspannung brauchen denn Endröhren?

Kommt drauf an! Eine Triode braucht grundsätzlich mehr als eine Pentode, weil ihre Verstärkung kleiner ist. Klasse B braiucht mehr als AB und AB mehr als A-Betrieb. Röhren für große Leistungen brauchen in der Tendenz mehr Signalspannung als solche für kleinere Leistungen.

Für einen Bassamp große Röhren zu benutzen macht Sinn, weil große Leistungen eher nötig sind als kleine. Die 6550 und KT88 sind große Schwestern der 6L6 und die größten relativ erhältlichen Endrohre. Deswegen habe ich mich an diesen Oreintirt. Das heißt nicht, dass die zu konstruzierende Endstufe unbedingt mit diesen Röhren bestückt werden muss. Wenn wir diese Röhren für die berechnung heranziehen, dann könnte sie ohne Veränderungen an der Treiberstufe auch mit allen anderen Röhren gut arbeiten. Wir schaffen uns also ein Worst Case Szenario, mit dem wir auch alle good Cases in der Tasche haben.

Welche Betriebsart? Nun der Triodenbetrieb hat für den ganz feinen Klang beim Bass seinen Reiz. Denn er erreicht als einzige Betriebsart auch ganz ohne Gegenkopplung einen ausreichenden Dämpfungsfaktor.

Was dat nu wieder? mathematisch gesehen ist der Dämpfungsfaktor das Verhältnis von Last- und Quellwiderstand: Rlast/Rquell=d. Der Lastwiderstand ist dabei die Lautsprecherimpedanz und der Quellwiderstanbd der Quellwiderstand es Verstärkers, Der Dämpfungsfaktor sagt etwas über die Fähigkeit eines Verstärkers Signalstrom zu liefern. Signalstrom kontrolliert aber den laustprecher. Also erlaubt ein hoher Dämpfungsfaktor eine gute Kontrolle des Lautsprechers. Nun lassen sich hohe Dämpfungsfaktoren durch Gegenkopllungen erzeilen. Die machen den Klang aber in der Regel auch etwas steriler und unspontaner. Wo feine Nuancenm gefragt sind, wie Jazztrio oder aneren kleinen Formationen oder um Studio kann die Nuance sehr wichtig sein und hier sind Trioden mit sehr wenig oder gar keiner Gegenkopplung eine feine Sache.

Wie viel Signalspannung bräuchte denn die 6550 oder KT88 als Triode?
--- Ende Zitat ---


--- Zitat ---um die Ausgangsfrage des letzten Beitrags zu beanteworten muss man ins Datenblatt sehen. Fürt die 6550 wird im Ultralinearbetrieb eine Signalspannung von knapp 100V anggegeben. Ultralinearbetrieb ist ein Bastard aus Pentoden- und Triodenbetreib. dazu später mehr. Für die KT88 werden im Triodenbetrieb knapp 120V Signalspannung angegeben.

http://frank.pocnet.net/sheets/135/6/6550A.pdf
http://frank.pocnet.net/sheets/086/k/KT88.pdf
--- Ende Zitat ---


--- Zitat ---Heute wollen wir ein paar Details besprechen und zwar um die Phasenumkehr. Thread von dem dieser Ausging haben wir verschiedene Phasendreher besprochen wobei Katodyn und Paraphase übrig blieben.

Paraphase findet sich im fender 5B6:

http://audioartillery.com/static/files/bassman_5b6_schem_modified.jpg

Die untere Triode vor den Endröhren holt über den 6k8 aus dem Ausgangssignal der oberen Triode das signal und verstärkt es und dreht dessen Phase. Das Spannungsteilerverhältnis und damit die 6k8 müssen exakt so groß  sein, wie die Verstärkung der unteren Triode. Nun schwankt die Verstärkung produktionsbedingt und mit der Röhrenalterung beträchtlich (30%). Demnach ist es ohne Oszilliskop und Trimmer nicht möglich perfekte Symmetrie der Endstufenzweige herzustellen. Das ist ain der Praxis bei Instrumentenverstärkern nicht dramatisch. Zudem Schwank die Verstärkung auch mit der versorgungsspannung, dso dass bei kleineren Endstufen, wo die Phasneumkehr eher weniger SPannung bekommt, die Symmetrie bei einem anderen Spannungsverteilerverhältnis liegt, als bei hohen Spannungen.

Katodyn habe ich in einer besonderen Schaltungsvariante von Philips mal als Bild unten angehängt. Wir betrachten zuerst das rechte Röhrensystem. Der Widerstand (0,15M) an kathode und Anode ist gleich groß und beide sind nicht gebrückt. So verteilt sich die Ausgangswechselspannung dieser Stufe auf Kathode und und Anode, wobei sie jeweils Phasengedreht anliegt.

Der Nachteil einer Katodynstufe gegenüber einer normalen Stufe oder einer Paraphase liegt darin, dass die gesamt mögliche Ausgangswechselspannung der Röhre auf beide Zweige der Leistungssektion aufgeteilt werden muss, während bei Paraphase jeder Endstufenzweig die ganze Ausgangswechselspannung je einer Röhre abbekommen kann. Katodynstufen können darum je Endröhre weniger Ausgangswechselspannung liefern, als eine Paraphase

Dieses Problem haben die Ingenere von Philips aber gelöst. Gucken wir uns in der Grafik mal die linke Triode und da besonders die Anode an. Sie ist direkt mit dem Gitter des rechten Systems verbunden. Man nennt das "direkte Kopplung". Das funktioniert, wenn die Anode der linken Röhre genau um die Gittervorspannung negativer als die Kathode der rechten Röhre ist, Direkte Kopplung hat einen interessanten Vorteil gegenüber indirekter Kopplung, die mit einem Koppelkondensator arbeitet.

Gucken wir dazu das Diagramm "Direkt" an. das blaue Kreuz ist der Arbeitspunkt. Für die Aussteuerung der Röhre gibt es links eine rot gezeichnete Barraiere. Das ist die Kennlinie mit der Gittervorspannung  Ug=0V. Bei den Kennlinien links davon fließt Gitterstrom. Das Gitter ist dann nämlich potiver als die Kathode Ug>0V und fungiert nicht mehr als Bremse, sondern auch als Beschleuniger und sammelt selbst massig Elektronen ein. das Gitter ist dann praktsich eine kleine Hilfsanode. Aussteurung in den Gitterstrombereich führt zu verzerrungen, die etwa so aussehen, wie die gelbe Signalkurve. Das hängt mit der unkonstanten belastung des Treibers und mit dem Umladen des Koppelkondensators zusammen. Wäre das jetzt eine Paraphase Stufe, dann wäre das alles andere als symmetrsich. Deswegen begnügt man sich mit einer bescheideneren Aussteurung, die blau gezeichnet ist. Die Paraphase kann also nicht allzu weit ausgesteuert werden.

Bei direkter Kopplung jedoch, ergeben sich die Verzerrung durch Umladen des Koppelkondis nicht. Sondern man kann so weit in den Gitterstrombereich aussteurn, wie der Treiber in der Lage ist Strom zu liefern, dann erst tritt eine und zudem sehr sehr sanfte Begrenzung des Pegels ein. Nun haben die Ingeneure von Philips mit der ECC82 eine Röhre vorgesehen, die recht gut Strom liefern zu vermag. Deswegen ergibt sich eine Aussteurung, wie sie die grüne Kurve zeigt.

So muss bei einer katodynstufe die Ausgangssignalspannung zwar getaeilt werden, aber mit direkter Kopplung kann sie viel weiter ausgetesuert werden als die Paraphase und darum auch mehr Ausgangssignalspannung liefern. Deswegen ist meine Wahl auf diesen Entwurf von Philips gefallen. ER muss zudem nicht mit dem Oszi abgeglichen werden, sondern liefert sehr gute Symmetrie out of the Box. Im Jazzboy haben Albert und ich diese Schaltung bereits als gut befunden. Es liegen also Erfahrungswerte jenseits der Theorie vor:

http://roehrenfibel.wordpress.com/baumappen/jazzboy-2/

Genau genommen kann eine Röhre theoretsich maximal die Versorgungsspannung als Ausgangssignalspannung liefern. Tatsächlich sind es ohne direkte Kopplung eher so um 50% bis 60% davon und mit direkter Kopplung so etwa 80%. Nun muss unsere Katodynstufe aber nicht einmal 120V sondern sie zwei mal liefern können. Damit können wir die nötoige Versorgungsspannung der katodynstufe abschätzen:

Ub=120V*2/0,8=300V.

Das ist überhaupt keine exotsicher Wert, den wir leicht erreichen, vor allem wenn wir die Endstufe mit 6550 oder KT88 fahren, die ja selbst Spannung höher als 400V konsumieren können. Philips selbst gibt 350V als möglich an.  Zudem ist die Symmetrie unabhängig von der Versorgungsspannung. Damit verschwinden die Probleme der Paraphyseumkehrstufe und die Nachteile von katodyn sind weitestgehenmd vermieden.

Der Vorteil nicht genug, bietet die kathode der linken Röhre einen schönen Ansatz für die Gegenkopllung. Nun sind Gegenkopplungen allergisch gegen RC-Glieder, die haben wir wegen direkter Kopplung aber gar nicht. Aber dazu mehr, wenn wir uns mit der gegenkopplung befassen.
--- Ende Zitat ---

Kpt.Maritim:
Hallo

wir wissen bereits, dass wir 120V Signalspannung aufbrinngen müssen. Wenn wir nun auch wüssten, wie viel Eingangssignalspannung wir erwarten dürfen, dann können wir die Gesamtverstärkung der ganzen Vorstufe berechnen und uns dann zurechtlegen wieviele Verstärkungsstufen benötigt werden.

20mV berechne ich immer für Gitarren, weil das die mittlere Signalspannung einer Tele oder Strat mit sehr niedrohmigen Tonabnehmern ist. Habe ich irgendwann mal gemessen. Beim Bass kommt deutlich mehr heraus, weil die Induktivität der Tonabnehmer größer ist, weil die Saiten weiter schwingen und auch mehr magnetsisierbare Masse haben. Auch hier werden wir äußerst defensiv schätzen und 30mV ausgehen. So wenig kommt wohl aus fast ke9inem Bass, aber dann sind wir mit allen normalen Bässen auf der sicheren Seite. Die Gesamtverstärkung muss also

V=120V/30mV=120V/0,03V=4000fach betragen.

Einen Teil dieser verstärkung haben wir bereits im Kasten. Denn die Phasenumkehr für die wir uns entschieden, erzeugt eine 11fache verstärkung. Wir müssen also noch eine Verstärkung von

V'=V/11=4000/11=360fach aufbringen.

Nun, lohnt es sich aber über die Klangregelung nachzudenken. Es gibt zwei Sorten davon: Aktive und Passive.

Eine Passive Klangregelung funktioniert ohne Verstärkende also aktive Bauelemente. Sie besteht also nur aus Potis, Widerständen Kondensatoren und seltener auch Spulen. Passive Klangregelungen sind immer Netzwerke von Frequenzabhöängigen SPannungsteilern, die direkt auf das Signal wirken.

Eine aktive Klangregelung enthält aktive Bauelemente, also Röhren. Solche Klangregelungen  wirken nicht auf das Signal selbst sondern beeinnflussen meist durch Gegenkopplungen die Verstärkung der aktiven Bauelemente abhängig von der Frequenz.

Klangregelungen egal ob aktiv oder passiv, können entweder bestimmte Frequenzen nur anheben oder nur absenken oder - und das ist meistens der Fall - beides.

Wollen wir sagen wir den Bassanteil des Signals mit einer passiven Klangregelung anheben, dann können wir seine Verstärkung nicht erhöhen, denn es kommen in dieser reglung keine aktiven bauelemente vor. Eine Erhöhung ist also offenbar mit passiven Klangregelungen nicht möglich?

Doch man bedient sich dazu eines Tricks. Man senkt das ganze Signal glöeichmäßig ab. Sagen wir mal um -20dB. D.h. die Klangregelung wird so geschaltet, dass das Signal auf allen Frequenzen in Mittelstellung der Potis um 20dB (Faktor 10) leiser ist, als es sein könnte, wäre die Klangregelung nicht da. In der Grafik unten sieht man grün den Originalpegel und schwarz dieses abgesenkte Signal in Potimittelstellung. Durch aufdrehen des Bassreglers (rot) oder des Höhenreglers (blau) wird nun für bestimmte Frequenzbänder genau diese Absenkung aufgehoben.

Daraus folgt, dass man mit einer passiven Klangregelung die Möglichkeit Frequenzbereiche anzuheben damit bezahlen muss, das Gesamtsignal abzusenken. Je mehr man anheben können will, desto mehr muss man also absenken.

MIt einer aktiven Klangregelung bessert sich die Situation nicht. Statt das Signal abzusenken. Senkt man künstlich die Verstärkung des aktiven Bauteils um sie nachträglich wieder anheben zu können. Es ist also der selbe Trick, nur laboriert er an der Verstärkung statt am Pegel.

Was heißt das für uns? Wir müssen uns fragen, wie stark wir Frequenzen anhben wollen!

Viele Grüße
Martin

Kpt.Maritim:
Hallo

Vielleicht sollten wir die Frage anders stellen: Wieviel pegelabsenkung können wir uns denn in der Klangregelung erlauben?

Erinnern wir uns, dass die Verstärkung die wir brauchen 360fach sein muss. Nehmen wir mal an, wir würden für die restliche Vorstufe eine ECC83 vorsehen. Die erreicht nach Datenblatt eine etwa 50fache Verstärkung.

http://frank.pocnet.net/sheets/030/e/ECC83.pdf

Mit zwei kaskadierten Stufen ergibt sich dann:

50fach*50fach=2500fach.

Da wir nur 360fach brauchen, können wir folgende Rechnung anstellen um den Verstärkungsüberschuss zu ermitteln:

2500fach/360fach=7fach.

Wir haben also um den Faktor 7 (17dB) Verstärkung zuviel. Diese könnten wir in der Klangregelung verbraten und hätten noch genug Dampf um selbst 120V für die Triodenendstufe, die wir als worst Case gedacht haben zu erreichen und das bei einem Bass, der nur armselige 30mV liefert. 17dB ist gar nicht mal so wenig.

NUn fragt sich noch, ob wir tatsächlich die ECC83 einsetzen sollten. dafür spricht, dass diese Röhre - sehr wichtig für einen Volksbassverstärker - günstig und noch lange Zeit verfügbar sein wird, weil einfach endlos viele Geräte damit bestückt sind. Einen Kreativitätsblumentopf gewinnen wir damit zwar nicht, aber das ist auch nicht Ziel eines VBVs.

Viele Grüße
Martin
 

Kpt.Maritim:
Hallo

Im Prinzip könnte ja jeder die Klangregelung verbauen, die er will, aber ein Volksbassverstärker ist kein Verstärker für den Dipl. Ing der Elektrotechnik. Die meisten Leute können keine Klangregelung berechnen und begnügen sich auch damit es nicht zu können. Man kann eben nicht alles können.

Deswegen werden wir das entscheiden müssen und wenigstens die Gründe für unsere Entscheidung öffentlich machen. Wir sind das Thema Klnagregelung im letzten Beitrag vom Pegel her angegangen. In diesem wollen wir es mal von der Seite der Anwemdung angehen.

Fragt sich also, welche Drehknöpfe wir für die Frequenzgangbeeinflussung nun wirklich brauchen. Eher unwichtig, ist meiner Meinung nach ein Höhenregler. Denn den hat man als Blende schon am Bass. Höhen sind wichtig, aber man braucht nicht unbedingt zwei Stellen, an denen sie geregelt werden können. Ein Bassregler wäre wichtig, wenn er vor allem die Subbässe unter 80Hz beschneiden würde. Denn hier verhalten sich verschiedene Bassboxen sehr verschieden und die Volksbassbox haben wir ja noch nicht geplant.

Wirklich wichtig ist für meine Erfahrung als Basseur, eine Mittenregeleung. Denn hier entscheidet sich wirklich, wie es kli8ngt. Mehr Mitten machen den Sound eher rockig und brummig. Währen mit relativ wenig Mitten der Bass sehr defenisv die GItarren umschmeicheln kann. Denn er bringt dann höhen und Bässe und dazwischen treibt sich die Gitarre herum.

Demnach brauchen wir bloß einen Mittenregler? Sowas habe ich noch nie gesehen - einen Bassamp nur mit einem Mittenregler!

Der Mittenregler hebt und senkt die Mitten im Verhältnis zu Bässen und Höhen ab. Dazu braucht man relativ viele Cs und Rs. Nämlich genau so viele wie man für einen Bass und einen Höhenregler braucht. das liegt daran, dass man den Regelbereich des Mittenregler nach unten und oben beschneiden muss. Denn Bassregler muss man dagegen nach oben und den Höhenregler nach unten beschneiden. Zudem ist es doch egal, ob ich mit einem Mittenregler  die Mitten im Verhältnis zu Bass und Höhen anhebe bzw. absenke, oder ob man die Bässe und Höhen im Verhältnis zu den Mitten absenkt bzw. anhebt.

Damit sind wir aber bei der klassischen Zweibandregeleung. Nur fast. Denn wir müssen sie spreizen und zwar so dass der Bassregler unterhalb einer Frequenz Fb und der Höhenregler über einer Frequenz Fh wirkt. Fb und Fh müssen so liegen, dass hier der wichtige Mittenbereich von 300Hz bis 1kHz liegt, der von diesen Reglern möglichst unbehelligt bleibt.

Viele Grüße
Martin

Kpt.Maritim:
Hallo

nun wollen wir uns dem Thema Klangregelung noch einmal historisch widmen:

Eine klassische Klangregelung ist wohl die aus dem 59 Bassman.

https://ccrma.stanford.edu/~dtyeh/papers/yeh06_dafx.pdf

Diese Regeleung hat etwas, wo "Mid" draufsteht. Das ist alles, aber ein Mittenregler ist es nicht. Davon kann sich leicht überzeugen, wenn man auf Duncan Monroes Seite den TSC reunterlädt:

http://www.duncanamps.com/tsc/index.html

Ich würde den sogenannten Mittenregler eher als "Empfindlichkeitsregler" bezeichnen. Ist er auf linksanschlag gestellt, dann sind nämlich die beiden anderen Rägler (Bass und Höhen) Wirkmächtiger, als wenn er weiter rechts steht. Neben dem hat er einen leichten Einfluss auf die Mitten.

Warum wurde diese Klangregelung so gebaut? Aus dem selben Grund warum Moderne Amps auch tausend Knöpfe haben. Wenn man in ein Gerät ein featur einbaut, wie z.B. eine besonders gute Basswidergabe oder einen tollen Stereosound, dann glauben einem die Käufer das nur, wenn man es symbolisiert. Dazu macht man die tolle Basswidergabe oder den Megastereosound einfach mit einem Schalter abschaltbar. Der Benutzer wird sie niemals abschalten, es klänge dann schlechter, aber der Knopf symbolisiert diese Funktion. Genau das funktioniert auch umgekehrt. Wenn man einen Knopf anbaut, dann symbolisiert er Funktion und wir glauben wir hätten eine, dabei ist die dahinter stehende Funktion eher sehr bescheiden. Wir lernen etwas daraus, was ich in einem Aufsatz aus den 50ger jahren bereist gelesen habe. Damals beschwerte sich ein Entwicklungsingenuer von Nordmende über die Wunschklangregister der Röhrenreadios. Er stellt da mehrere Forderungen auf, die ich ziemlich gut und auch bei uns treffend fand:

1. Es darf keiner Regler/Schalter geben, die ein eindeutiges Optimum haben. Also ein Regler, der bei einer Einstellung ein klangliches Optimum aufweist, soll entfallen. Die Schaltung ist fest auf dieses Optimum einzustellen, denn der Regler würde immer in Optimalstellung bleiben und nie benutzt werden.
2. Es darf keine Regler/Schalter geben, die eine Einstellung erlauben die das Gerät oder technik rundherum beschädigen kann. Diese Forderung gilt z.B. für PA-Anlagen aus der beschallungstechnik nicht. Da kann man bei mieser Einstellung von Liter, Endstufe und Mischpult, schnell mal was kaputt machen. Aber ich denke für einen Volksbassverstärker sollte diese Forderung gelten.
3. Es darf keine Regelung geben, die Einstellungen erlaubt, die man auch mit anderen reglern hinbekäme. So kann man viele Einstellungen eines Radios mit Wunschklangregister auch durch Einsatz der beiden Klangregler erreichen. Man könnte diese Forderung redundanzverbot nennen.
4. regler/Schalter sind nur für den Zweck vorzusehen, dass das Optimum, mit der Hörsituation oder angeschlossener Pripherietechnik variiert und diese Größen häufiger wechseln. Ein Bassamp, der mit verschiedenen Instrumenten, Boxen und Bassisten verwendet werden kann und dazu häufiger an verschiedenen Orten steht erfüllt das wohl. Regler die eine Anpassung hieran erlauben, wären also OK.
5. Bei Seriengeräten muss die regelung der Mehrzahl der Anwender einen höheren Nutzwert bringen.

Die 5. Forderung finde ich am wichtigsten. Wenn ein Volksbassverstärker von einem team entwickelt wird, dann kommt es schnell, dass jeder Entwickler wünscht, was er möchte. Das ist auch nachvollziehbar. Die anderen sagen, dann meist um des lieben Friedens willen nichts. Am Ende hat man einen überkandidelten Kasten. In einen Volkswagen gehörte, als er entwickelt wurde, was jeder zum Autofahren braucht. was nur manche brauchten, kam in diesem Auto nicht vor. Und genau dass will ich in diesem Fred mal durchziehen.

Welche Klangregler braucht man denn unbedingt? Für verschiedene Bandgefüge haben wir schon die Mittenregelung besprochen. Und die Möglichkeit sie durch getrennte Bass- und Höhenregelumg umzusetzen erwogen. Wir brauchen außerdem eine Gegenkopplungsregeleung. Denn die erlaubt es den Lautsprecher an den Amp anzupassen. (Dazu später mehr) Zudem arbeitet sie, da sie die Verstärkung absenkt und die Übersteurungsfestigkeit erhöht, auch als eine Art mastervolume, den wir uns darum gleich mal schenken.

Einen Volumenregler braucht es natürlich auch. Man möchte die Lautstärke schon mal ganz auf null drehen können, was mit einer Gegenkopplung alleine nicht geht.

Da unser bassregler ab 300Hz ansetzen und ab 1kHz losgehen soll, nicht nur ein Einfluss auf die Mitten möglich, sondern auch ein gewisses Ungleichgewicht zwischen Bässen und Höhen, was wieder der Anpassung an den Raum entgegenkommt. Wir brauchen also eine Zweibandregeleung.

Viele Grüße
Martin

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